打字猴:1.701002443e+09
1701002443 现在让我们来试着移动这4个拼图零片,用不同的方法拼出不同的形状,就像玩七巧板一样。显然,不管我们怎么拼,框架内空白区域的面积总是保持不变的,这是因为框架内的总面积不变,4块拼图零片的总面积也不会改变。
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1701002445 开动脑筋以后,我们非常聪明地把4个三角形拼成以下这个图形。
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1701002450 看到了吗?拼成上图图形以后,空白的区域变成了一个小正方形和一个中等大小的正方形,这不正是我们要证明的吗?如前所述,空白区域的面积永远等于大正方形的面积,所以,我们证明了勾股定理是成立的!
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1701002452 这种证明方法比其他证明方法好得多,它不仅让人们相信这个定理的存在,还非常形象地将其演示给人们看。这正是这种证明方法的“优雅”之处。
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1701002454 为了做出比较,在此我提供勾股定理的另一种证明方法。这种证明方法也很有名,而且还非常简单,因为它完全没有用到面积的概念。
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1701002456 我们还是假设一个直角三角形两条直角边的长度分别是a和b,斜边的长度为c,如下图所示。
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1701002461 现在,假想我们突然接受了神灵的启示,或者突然才思泉涌、醍醐灌顶……总之,基于某些神秘的原因,我们决定画一条辅助线。这条辅助线从直角的顶点开始,垂直于三角形的斜边,如上图中的右图所示。
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1701002463 通过这条天才的辅助线,我们在原本的大三角形里面创造出了两个新的小三角形。很容易证明的是,这三个三角形的形状是相似的,也就是说,它们的形状是一模一样的,只是大小不同。因此,每个三角形的三边关系必然是一样的,即边与边长度的比值是一样的,翻译成数学语言就是:
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1701002468 同时,我们还知道:
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1701002470 c=d+e
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1701002472 因为我们只是画了一条辅助线,把原来的斜边c分割成了两个部分d和e,所以d和e的总长当然应该等于斜边c的长度。
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1701002474 看到这里,你可能感到有些头晕,心里会犯嘀咕:我们现在在做什么?下一步要做什么?让我来回答一下这两个问题:我们现在创造出了5个方程式,我们下一步的目标是使这5个方程式成为我们想要证明的等式:
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1701002476 a2+b2=c2
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1701002478 怎么做呢?你不妨先自己研究一下。研究一会儿你就会发现,5个方程式中有2个方程式是完全没用的,就这一点而言这个证明方法相当“丑陋”,因为一个“优雅”的证明里不应该有任何多余的东西。当然,这只是后见之明,因为在一开始,你根本不可能知道5个方程式中的哪三个是有用的。
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1701002480 不管怎样,通过找出那3个有用的方程式,然后进行研究,你就能得出a2+b2=c2这个公式。
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1701002482 现在,我们来讨论一下这两种证明方法到底孰优孰劣。从审美的角度来说,我认为第一种证明方法要高明许多,你同意吗?第二种证明方法有很多不够优雅的地方:首先,第二种证明方法的结尾部分确实过长;其次,这只是一个几何证明方法。
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1701002484 但是,我觉得第二种证明方法的致命缺陷还不只是上述两条,它最大的缺点在于它太不直观了。当你终于艰难地完成了这个证明,你可能勉强相信勾股定理的成立,但是你仍然无法直观地看到它为什么成立。
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1701002486 关于证明方法的优劣讨论暂时告一段落。现在,我们来说说为什么勾股定理如此重要。原因在于,它揭示了关于空间性质的一个非常深刻而又非常基础的真理。勾股定理暗含了一个重要的信息:空间是平面的,而不是弯曲的。如果是在一个曲面上(例如地球仪表面或者面包圈表面),勾股定理就需要被修正才能继续成立。在爱因斯坦的广义相对论中,他成功地完成了这一挑战。在广义相对论中,重力不再被看作一种力,而是被看作一种空间弯曲程度的表现。事实上,爱因斯坦并不是第一个使空间弯曲的人,在他之前,黎曼和其他数学家已经走出了创造性的一步,奠定了非欧几何的基石。
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1701002488 从勾股定理到爱因斯坦的相对论,这中间还有很长的一段路。但至少这条路是一条直线,或者应该说,至少这条路的大部分路段是直线。
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